ASTROMAN - Consulting, Executive Search


Prof. dr inż. Andrzej Strupczewski, Narodowe Centrum Badań Jądrowych. Foto dzięki uprzejmości energetyka24.com

Warszawa – 27 czerwca 2017

Laboratoriom w USA i w Japonii udało się opracować technologię, umożliwiającą uzyskiwanie uranu przy kosztach zaledwie około dwukrotnie większych od obecnie uważanych za górną granice kosztów wydobycia uranu za złóż naziemnych.

Prof. Andrzej Strupczewski pisze o tym w miesięczniku „Energetyka Cieplna i Zawodowa”.

W najnowszym numerze miesięcznika „Energetyka Cieplna i Zawodowa” (ECiZ 4/2017, str. 10-14) opublikowano artykuł dr inż. A. Strupczewskiego, prof. nadzw. NCBJ, pt. „Spokojnie, uranu wystarczy”, opisujący postęp technologiczny w wydobywaniu uranu z wody morskiej.

Mimo niskiego stężenia uranu w wodzie morskiej, laboratoriom w USA i w Japonii udało się opracować i sprawdzić w warunkach naturalnych w Oceanie Spokojnym technologię, umożliwiającą uzyskiwanie uranu przy kosztach zaledwie około dwukrotnie większych od obecnie uważanych za górną granice kosztów wydobycia uranu za złóż naziemnych.

Taki wzrost kosztów uranu jest niewielki w stosunku do kosztu całkowitego wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych.

Łączna ilość uranu w wodzie morskiej wynosi 4 miliardy ton, tzn. jest kilkaset razy większa od ilości w złożach dotychczas rozpoznanych i szacowanych na lądzie.

Ponadto udowodniono, że w razie obniżenia stężenia uranu w oceanie będzie ono uzupełnione przez wymywanie uranu do wody ze skał zawierających 100.000 miliardów tonu uranu.

Dotychczas, wg ocen ekspertów zatwierdzonych przez Parlament Europejski, uran ze znanych złóż lądowych miał przy obecnej technologii z reaktorami termicznymi wystarczyć na 240 lat, a po wprowadzeniu prędkich reaktorów powielających na tysiące lat.

Prof. dr inż. Andrzej Strupczewski, Narodowe Centrum Badań Jądrowych.
Foto dzięki uprzejmości PTWP / Piotr Waniorek

Obecne osiągnięcia techniczne laboratoriów w USA i Japonii pokazały, że uran jest niewyczerpalnym źródłem energii, a państwa, które nie mają własnych złóż uranowych, mogą budować elektrownie jądrowe z pełną ufnością, że uranu przez miliony lat nie zabraknie.

Zapewnia to energetyce jądrowej miejsce w energetyce wyższe niż mają tzw. odnawialne źródła energii, bo nie tylko jest ona źródłem energii, którego nigdy nie zabraknie, ale jednocześnie pozwala na regulowanie dostaw energii i zapewnienie ich zawsze gdy będą potrzebne, czego z natury nie mogą zapewnić źródła zależne od warunków pogodowych.

Dzięki uprzejmości NCBJ zamieszczamy poniżej pełną treść tego artykułu.

Spokojnie, uranu wystarczy

Oceany zawierają ponad 4 miliardy ton uranu.
Przy wykorzystaniu go jako surowca da produkcji paliwa jądrowego jest to dość, by zaspokoić potrzeby energetyczne całego świata - pisze prof. Andrzej Strupczewski.

Jedyny warunek – to opanowanie opłacalnego procesu ekstrakcji uranu z wody morskiej.
A ubiegły rok 2016 przyniósł nam ogromny postęp w technice wydobywania uranu z wody morskiej.

Foto dzięki uprzejmości NCBJ

Chociaż przeciwnicy energetyki jądrowej od dziesiątków lat twierdzą, że uranu wkrótce zabraknie, kolejne raporty OECD co dwa lata rozpraszają te obawy.
Najnowszy, który ukazał się w listopadzie 2016 roku, kolejny raz potwierdził, że zasoby uranu są obfite, większe niż innych metali lub paliw i wystarczą dla energetyki jądrowej przez ponad 240 lat.

Zasoby uranu w złożach lądowych

Rozpoznane zasoby uranu możliwe do wydobycia po koszcie poniżej 260 USD/kg U wynoszą obecnie 7,64 mln ton uranu.
W kategorii zasobów, które można wydobyć po kosztach poniżej 80 USD/kg U występuje około 2,13 mln tU.

W kategorii zasobów pewnych, największe złoża rudy uranowej występują w Australii, a dalej w kolejności idą Kanada, Kazachstan, Namibia, Rosja, Republika Południowej Afryki, Brazylia i inne kraje.

Rozkład geograficzny złóż rudy uranowej jest inny niż rozkład zasobów ropy naftowej lub gazu ziemnego, a dzięki przynależności mających uran krajów do strefy wolnego handlu nie ma niebezpieczeństwa, że któryś z nich zechce wykorzystać uran jako broń strategiczną pozwalającą narzucać swe zdanie innym krajom.

Niewyczerpalne zasoby uranu w wodzie morskiej

Chociaż prognozy ekspertów wskazują, że uranu ze złóż lądowych starczy na długo, w sporach o przyszłość energetyki jądrowej wciąż powraca zarzut, że uranu zabraknie. Dlatego obok poszukiwań złóż uranu na lądzie, już od połowy XX wieku prowadzono prace zmierzające do opracowania technologii, która umożliwiłaby uzyskanie uranu z wody morskiej.

Stężenie uranu rozpuszczonego w wodzie morskiej jest bardzo niskie, zaledwie około 3 miligramy na tonę, podczas gdy najbogatsze rudy uranowe (Kanada) zawierają 200 kg uranu na tonę.
Ale wody w oceanie jest dużo - 1250 milionów km sześciennych.

W sumie w wodzie morskiej rozpuszczone są 4 miliardy ton uranu.

Co więcej, stężenie uranu w wodzie jest regulowane przez reakcje chemiczne w stanie niemal równowagi pomiędzy wodą a skałami w skorupie ziemskiej, a skały te zwierają 100.000 miliardów ton uranu.

Gdy część uranu zostanie usunięta z wody morskiej, dalsze ilości uranu są wymyte przez wodę morską ze skał.

Proces ten zapewnia utrzymanie koncentracji uranu w wodzie morskiej na stałym poziomie.

Ludzie nie mogliby wydobyć tak dużo uranu z wody morskiej, by jego stężenie w wodzie zmalało, nawet gdyby energia jądrowa zaspakajała 100 % potrzeb energetycznych ludzkości przez miliard lat.

Innymi słowy uran w wodzie morskiej jest w pełni odnawialny.
Tak odnawialny, jak promieniowanie słoneczne.

Sukces badań nad ekstrakcją uranu z wody morskiej

Poszukiwania metod wydobycia uranu z wody morskiej prowadzono od lat 50. do 80. w Niemczech, we Włoszech, w Wielkiej Brytanii i w USA.

W latach 90. podjęli prace naukowcy z Japońskiej Agencji Energii Atomowej (JAEA) a w 2011 roku Departament Energii USA zainicjował multi-dyscyplinarny program mający doprowadzić do ekonomicznie opłacalnego wydobywania uranu z wody morskiej.

Foto dzięki uprzejmości NCBJ

Głównym celem było opracowanie i sprawdzenie nowej generacji adsorbentów, które wykazują większą zdolność wiązania uranu, większą szybkość tego procesu i mniejszą degradację przy wielu cyklach użycia ich w wodzie morskiej.

W ciągu 5 lat zespół tych naukowców opracował nowe adsorbenty, które pozwoliły na znaczne obniżenie kosztów ekstrakcji uranu z wody morskiej.

Ta zbiorowa praca doprowadziła do stworzenia warkoczy włókien polietylenowych o średnicy około 15 cm i długości wielu metrów, zawierających związek chemiczny zwany amidoksymem, który przyciąga uran.

Foto dzięki uprzejmości NCBJ

Po kilku tygodniach zanurzenia w wodzie morskiej włókna nasycone tlenkiem uranu są zdalnie kierowane na powierzchnię i zbierane.

Obróbka kwasowa powoduje desorpcję – to jest uwolnienie- jonów uranylu - i regeneruje adsorbent tak, że warkocze można wykorzystywać wiele razy.

Skoncentrowane związki uranylu można wzbogacać, a po dalszej obróbce otrzymuje się materiał paliwowy dla elektrowni jądrowych.

W 2012 roku badaczom z laboratoriów Oak Ridge National Laboratory(ORNL) i Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) udało się podwoić ilość uranu otrzymanego przy użyciu włókien plastykowych o powierzchni dziesięciokrotnie większej niż uprzednio w rozwiązaniu japońskim.

Zmniejszyło to koszt pozyskania uranu z wody morskiej z 1232 USD/kg do 660 USD/kg.

RYS. 2. Warkocze z amidoksymu z adsorbowanym na nich uranem (źródło: Andy Sproles at ORNL7 – cytowane za zezwoleniem).
Foto dzięki uprzejmości NCBJ

Przeprowadzone do 2016 roku badania w morzu wykazały, że opracowany w ORNL adsorbent potrafi zatrzymać 5,2 grama uranu na kilogram adsorbentu w ciągu 49 dni wystawienia go na działanie naturalnej wody morskiej.

Warkocze adsorbentu miały średnicę 15 cm i długość kilkunastu metrów.

Dalsze próby prowadzone w amerykańskim programie „Uranium from Seawater” doprowadziły w połowie 2016 roku do uzyskania 6 gramów uranu na kilogram adsorbentu po 56 dniach wystawienia go na działanie wody morskiej.
Oznaczało to wydajność o 15% wyższą niż rezultaty opublikowane w pierwszym kwartale 2016 roku.

W połowie 2016 roku badacze z laboratorium w Stanford opracowali ulepszona technologię tego procesu.
Użyli oni prototypowego włókna wykonanego z amidoksymu i przewodzącego prąd związku węgla.

Dzięki przesyłaniu prądu wzdłuż włókna udało się zaabsorbować dziewięciokrotnie więcej uranylu niż poprzednio, bez osiągnięcia stanu nasycenia włókna.

W ciągu 11 godzinnego testu przeprowadzonego w Half Moon Bay w USA, włókna wychwyciły trzy razy więcej uranu i miały trzykrotnie dłuższy czas życia od standardowego amidoksymu.

Oznacza to otwarcie drzwi do wprowadzenia uranu uzyskiwanego z wody morskiej jako źródła paliwa dla elektrowni jądrowych.

Do zrobienia pozostaje wciąż wiele, ale opłacalność energetyczna procesu ekstrakcji uranu z wody morskiej została zademonstrowana.

Możliwość uzyskiwania uranu z wody morskiej może zapewnić praktycznie niewyczerpalne zasoby paliwa dla elektrowni jądrowych, co zapobiegnie wzrostowi cen uranu w miarę wyczerpywania tanich złóż rudy uranowej na lądzie.

Proces ten daje krajom nie mającym własnych złóż uranu gwarancję, że będą zawsze miały surowiec energetyczny wystarczający do zaspokojenia ich potrzeb.

Pojęcie „Energia odnawialna” oznacza, że energia, którą ludzie uzyskują ze źródeł naturalnych zostaje odtworzona wskutek procesów zachodzących w przyrodzie.
Obecnie uran jako paliwo jądrowe spełnia wymagania tej definicji.

Energia atomowa jest energią w pełni dyspozycyjną, generowaną zgodnie z potrzebami człowieka, w przeciwieństwie do wiatru i słońca, które generują energię niestabilnie i niepewnie w zależności od pory dnia i warunków meteorologicznych.

Dlatego klasyfikowanie energii jądrowej jako OZE byłoby pomniejszaniem jej wartości.

Natomiast można i trzeba stwierdzić, że zasoby uranu są z punktu widzenia potrzeb ludzkości równie niewyczerpalne jak zasoby OZE.

Foto dzięki uprzejmości NCBJ

Literatura

1 Uranium 2016: Resources, Production and Demand, OECD 2016, NEA No. 7301, NUCLEAR ENERGY AGENCY, ORGANISATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT,
https://www.oecdnea.org/ndd/pubs/2016/7301-uranium-2016.pdf

2 http://www.stormsmith.nl/i43.html

3 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/ #sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs

4 http://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fusion_in_the_Sun

5 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/ #sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs

6 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/ #sthash.d11Y2iYL. X5Okmt3c.dpuf

7 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/ #sthash.d11Y2iYL. tZ608q1a.dpuf

8 https://www.engadget.com/2017/02/20/endless-nuclear-power-can-be-found-in-the-seas/

9 http://ansnuclearcafe.org/2016/10/03/nuclear-power-becomes-completely-renewable-with-extraction-of-uranium-from-seawater/ #sthash.d11Y2iYL. F7zVRzkL.dpbs

Autor: Prof. dr inż. Andrzej Strupczewski, Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych

https://www.ncbj.gov.pl/

ASTROMAN Magazine - 2017.05.20

ERMSAR 2017. Najlepsi specjaliści z dziedziny bezpieczeństwa reaktorów jądrowych z całego świata obradowali w Warszawie

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=2251

ASTROMAN Magazine - 2017.05.19

Japan Atomic Energy Agency interested in Polish HTR programme

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=2250

ASTROMAN Magazine - 2016.06.02

Narodowe Centrum Badań Jądrowych planuje budowę badawczego reaktora nowej generacji High Temperature Gas Reactor - HTGR

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=2072

ASTROMAN Magazine - 2016.04.21

The European Council for Nuclear Research (CERN) and Polish NCBJ cooperation agreement extended

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=2055

ASTROMAN Magazine - 2016.03.09

Prezydent RP Andrzej Duda w Narodowym Centrum Badań Jądrowych

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=2039

ASTROMAN Magazine - 2014.11.22

Poland's NCBJ thermal-to-14 MeV neutron converter is a sole device of its kind operated in the world

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1834

ASTROMAN Magazine - 2014.07.08

Poland's PGE EJ1 has selected AMEC Nuclear UK as Owner's Engineer to support the first Polish Nuclear Power Plant build project 3,000 MWe

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1752

ASTROMAN Magazine - 2014.07.05

TOSHIBA and GDF SUEZ Complete NuGen Deal, Europe's Largest New Nuclear Energy Project in Northwest England

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1747

ASTROMAN Magazine - 2014.07.01

AMEC wins consultancy contract for UAE nuclear energy programme

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1750

ASTROMAN Magazine - 2014.06.15

Prof. Jacek Jagielski: Za 30 lat reaktory jądrowe czwartej generacji będą wytwarzały 85% energii na świecie

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1734

ASTROMAN Magazine – 2014.05.15

Elektrownie jądrowe: tanie, bezemisyjne i bezpieczne

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1712

ASTROMAN Magazine – 2014.05.01

Prof. Andrzej Strupczewski: Jeżeli nas stać na czystą energię, czyli słońce, wiatr, energia jądrowa - to najtańsza jest energia jądrowa

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1704

ASTROMAN Magazine – 2014.02.12

Kajetan Różycki from NCBJ in Poland appointed as Chairman of Nuclear Cogeneration Industrial Initiative - Task Force

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1652

ASTROMAN Magazine - 2012.12.01

Polski reaktor jądrowy Maria ratuje światową medycynę nuklearną

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1358

ASTROMAN Magazine - 2012.09.22

Professor Agnieszka Zalewska elected President of CERN Council, is the first woman to fill this position

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1317

ASTROMAN Magazine – 2012.04.07

GE Hitachi Nuclear Energy Signs MOU Agreement with National Nuclear Laboratory to Work on Tackling UK Plutonium Stockpile

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1215

ASTROMAN Magazine - 2011.09.18

GE Hitachi Nuclear Energy and Fluor Corporation Team Up on Polish Nuclear Power Plant Project

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1059

ASTROMAN Magazine - 2011.09.18

World's leading nuclear power companies adopt principles of conduct

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1058

ASTROMAN Magazine - 2011.09.08

GE Hitachi Nuclear Energy Expands Workforce Training Collaboration with Poland's University Sector

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1052

ASTROMAN Magazine - 2011.03.06

Japońskie Technologie Środowiskowe - międzynarodowa konferencja w Warszawie

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=911

ASTROMAN Magazine - 2010.07.18

International Nuclear Energy Development of Japan

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=761

ASTROMAN Magazine - 2010.05.06

Westinghouse and PGE Agree to Partner on Delivering Nuclear Energy Solutions for Poland

https://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=715

ASTROMAN Magazine

Publikacja tekstów pochodzących z wydawnictw prasowych bądź elektronicznych prezentowanych w ASTROMAN Magazine nie ma charakteru komercyjnego, służy wyłącznie celom edukacyjnym, dydaktycznym i naukowym - zgodnie z Ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych z dnia 04.02.1994 r. (Dz. U. z dn. 23.02.1994 r. nr 24, poz. 83).